09-高效平面异质结钙钛矿电池-游经碧

高效平面异质结钙钛矿电池 游经碧 中国科学院半导体研究所 E-mailjyousemi.ac.cn 2017.11.18于江苏徐州 1  ABX 3 structure  High absorption coefficient  Long carrier diffusion length A CH 3 NH 3 ，HCNH 2 2 ，Cs B Pb, Sn, Bi X Cl, Br, I G. C. Xing et al., Science, 342, 344-3472013. S. D. Stranks et al., Science, 342, 341-3442013. Q. Dong et al.,Science,347,967-9702015.W. J. Yin et al., Adv. Mater. 26, 46532014. 5 1.钙钛矿太阳能电池 3 A. Kojima et al., JACS, 131, 6050 2009. Miyasaka等首次展示钙钛矿材料在太阳能电池中的应用。 1.钙钛矿太阳能电池 4 From DSSC to planar structure Year 2009 Year 2012 Year 2013 TiO 2 based mesoporous Al 2 O 3 based mesoporous Snaith et al., Science, 338, 643-647 2012. Park Scientific Reports, 2, 591 2012 Planar structure Snaith et al., Nature, 501, 395 2013. Al 2 O 3 /perovskite 1.钙钛矿太阳能电池 Three key factors 1. High-efficiency 2. Hysteresis-free 3. Stability High-efficiency No hysteresis Long-time light-soaking stability W. S. Yang et al.,Science,356,1376-13792017 W. S. Yang et al.,Science,348,1234-12372015 N. Arora et al., Science, DOI 10.1126/science.aam5655 8 Perovskite solar cell efficiency has skyrocketed from 3.8 to 22.1 1.钙钛矿太阳能电池 6 电荷抽取不平衡、离子移动以及界面势垒可能是电滞现象原因。 TiO 2 based mesoprous TiO2 based planar structure Inverted structure N. J. Jeon et al., Nat. Mater. 13, 897 2014. L. Meng, J. B. You*, Y. Yang* et al., Acc. Chem. Res. 2016. 2.1 无电滞的平面异质结电池 7 G. Xing et al, Small, 11, 3606 2015. 钙钛矿/TiO 2 界面电荷积累 界面电荷积累离子移动，电荷输运不平衡以及界面导带不匹配导致势垒。 H. Snaith et al., ACS Nano, 8, 12701 2014. 2.1 无电滞的高效平面异质结电池 8 SnO 2 具有低的导带能级、高的载流子迁移率，曾在DSSCs电池有过尝试。 H. Snaith et al., Nano Lett. 10, 1259 2010. J. Luo et al., JACS, 138, 8165 2016. 2.1 无电滞的高效平面异质结电池 理论计算结果 9 1. Ma  SnO 2 纳米晶的迁移率约 为10 -3 cm 2 /V∙s,而TiO 2 纳 米晶的为10 -5 cm 2 /V∙s。 2.1 无电滞的高效平面异质结电池 13 2.1 无电滞平面异质结电池 PL TRPL Transit current Transit voltage 光学和电学测试结果都表明SnO 2 对于电子抽取能力好于TiO 2 . 14 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Nature Energy, 2, 16177 2016. Certificated efficiency 19.9 Device performance using SnO 2 ETL. 2.1 无电滞平面异质结电池 a b c d 1μm 1μm 1μm 1μm 32 2.2 高效平面异质结电池 调控钙钛矿中PbI2含量 PbI2被证实对 晶界钝化有帮 助，但是PbI2 多少合适呢 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 1500/1000 1500/1300 1500/1500 1500/1700 XRD UV-Vis PLTRPL 34 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对结构及光学性质影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 35 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对正反测的影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 36  PbI2少量空穴传输受限  PbI2过量空穴传输加快 反型回滞 电子传输 空穴传输 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对电荷转移的影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 正型回滞 电子传输 空穴传输 1500/1000FAI-rich 1500/1700PbI 2 -excess 1500/1300PbI 2 -proper  PbI2缺少效率逐渐上升  PbI2适当过量器件稳定  PbI2严重过量器件衰减快 37 2.2 高效平面异质结电池 PbI2含量对器件稳定性影响 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 38 2.2 高效平面异质结电池 面积0.1 cm 2 电池效率21.6, 面积1 cm 2 电池效率20.1。 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 21 转换效率20.9 最新结果 2.2 高效平面异质结电池 Q. Jiang, X. W. Zhang*, J. B. You*, Adv. Mater. , 1703852 2017. 22 3. 总结与致谢 利用SnO 2 电子传输层，改善了钙钛矿/电子传输层界面电子传输问题，基 本解决了钙钛矿平面异质结电池的电滞问题。 调控PbI2含量，研制出论证效率为20.9的平面异质结钙钛矿电池。 课题组成员 张兴旺研究员 张留旗博士 蒋琦博士生 杨晓磊博士生 王鹏阳博士生 赵洋博士生 储泽马硕士生 李倩楠硕士生 叶秋枫硕士生 陈勇硕士生 23 谢谢大家